JPH02244689A - 半導体レーザ素子放熱体のサブマウントの製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子放熱体のサブマウントの製造方法Info
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- JPH02244689A JPH02244689A JP6410589A JP6410589A JPH02244689A JP H02244689 A JPH02244689 A JP H02244689A JP 6410589 A JP6410589 A JP 6410589A JP 6410589 A JP6410589 A JP 6410589A JP H02244689 A JPH02244689 A JP H02244689A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体レーザ素子をとりつける放熱体のサブマ
ウントを製造する方法に関する。
ウントを製造する方法に関する。
半導体レーザ素子が室温で連続発振するのを長期間継続
させ、その長寿命を保持するためには、半導体レーザ素
子の活性層から発生する熱を効率よく発散させて動作温
度を下げることが必要である。そこで素子をヒートシン
ク(放熱体)にはんだ付けすることにより、この熱を逃
すようにしているが、そのとき素子の活性層に近い側の
端面をヒートシンクlこ接合するUP−5IDE−DO
WN万式が一般に採用されている。所が半纏体レーザ素
子とヒートシンクは熱膨張係数が大きく異なるため、こ
れらを直接受合するとはんだの浴融後の凝固過程で、半
導体レーザ素子の活性層に生ずる内部応力により、ダー
クラインと呼ばれる転移網が発生して素子の発振しきい
値′#1流が上昇し、遂には発振不可能になりでしまう
。
させ、その長寿命を保持するためには、半導体レーザ素
子の活性層から発生する熱を効率よく発散させて動作温
度を下げることが必要である。そこで素子をヒートシン
ク(放熱体)にはんだ付けすることにより、この熱を逃
すようにしているが、そのとき素子の活性層に近い側の
端面をヒートシンクlこ接合するUP−5IDE−DO
WN万式が一般に採用されている。所が半纏体レーザ素
子とヒートシンクは熱膨張係数が大きく異なるため、こ
れらを直接受合するとはんだの浴融後の凝固過程で、半
導体レーザ素子の活性層に生ずる内部応力により、ダー
クラインと呼ばれる転移網が発生して素子の発振しきい
値′#1流が上昇し、遂には発振不可能になりでしまう
。
これを防ぐため、半導体レーザ素子のGaAs基板と熱
膨張係数のほぼ等しいシリコンやモリブデンなどをサブ
マウントとして用い、この上下両面はんだ層を全面に形
成し、このように12だサブマウントをヒートシンクと
半導体レー・ザ素子との間に1まさみ、はんだ層を熱6
綿、シ、半導体レーザ素子をサブマウントを介してヒー
ト・シンクに接合すること(こより、接合強jWや熱抵
抗を満足1゛ることが可能となり、通常この方法がとら
れている。
膨張係数のほぼ等しいシリコンやモリブデンなどをサブ
マウントとして用い、この上下両面はんだ層を全面に形
成し、このように12だサブマウントをヒートシンクと
半導体レー・ザ素子との間に1まさみ、はんだ層を熱6
綿、シ、半導体レーザ素子をサブマウントを介してヒー
ト・シンクに接合すること(こより、接合強jWや熱抵
抗を満足1゛ることが可能となり、通常この方法がとら
れている。
実際lごは、シ)tnW程度の光出力をイイするレーザ
ダイオードは、シリコンを素材とするサブマウントが熱
抵抗も低く、接合強匣も十分であり、また廉価でもある
ことから一般4こ採用され、例えば厚さ0.211のシ
リコン基板の両面にオーミック電極と錫などのはんだを
3μm程度積層し、これをl1角に接断してヒートシン
クとレーザダイオードの間にはさみはんだを浴融して接
合を行なう。
ダイオードは、シリコンを素材とするサブマウントが熱
抵抗も低く、接合強匣も十分であり、また廉価でもある
ことから一般4こ採用され、例えば厚さ0.211のシ
リコン基板の両面にオーミック電極と錫などのはんだを
3μm程度積層し、これをl1角に接断してヒートシン
クとレーザダイオードの間にはさみはんだを浴融して接
合を行なう。
所が511)rnWを超える高用力のレーザダイオード
では、その端面および活性層の温度上昇を抑制し、熱放
散を効果的に行なうためには、シリコンの代りにダイヤ
モンドや窒化ボロン(、BN)などのように旨い熱伝導
率をもつ材料をサブマウント素材として用いることも行
なわれている。
では、その端面および活性層の温度上昇を抑制し、熱放
散を効果的に行なうためには、シリコンの代りにダイヤ
モンドや窒化ボロン(、BN)などのように旨い熱伝導
率をもつ材料をサブマウント素材として用いることも行
なわれている。
ここで例えはダイヤモンドをサブマウント素材として用
いるときの二つの異なる製造方法について述べる。第2
図(a)〜(d)は第1の方法を説明4〜るための主要
な手順を示した王、8図であり、第;つ図(a)〜(e
)は同じく第2の方法の工程図である。はじめに第2図
について述べると、まず所定寸法に切削研磨したダイヤ
モンドチップ5aを用意する〔第2図fa) )。この
ダイヤモンドチップ5aの一表面と側面にスパツタイ・
こより金などのメタラ・イジング層6を形成する〔第2
図(bl)。これを反転してダイヤモンドチップ5aの
裏面と測面に同様に金のメタライジングR46を形成す
る。したがって側面ではメタライジング層6が重複する
。すなわち、ダイヤモンドチップ5aのすべての表面が
金のメタライジングW46で積われるようIこなる〔第
2図(C)〕。最後に上下両面に錫などのはんだ層7を
スパッタ形成してサブマウントを得る〔第2図(d)〕
。次に第3図では、まずダイヤモンド基板5bを用意す
る〔第3図(al)。このダイヤモンド基板5bの上下
両面に金などのメタライジング層6を設ける〔第3図(
bl〕。さらにこの両面のメタライジング層6の上に錫
などのはんだ1鋳7を形成する〔第3図(C)〕。その
後全体を所定の寸法に切断してサブマウントとするが、
これは第3図(e)から明らかであるから図示はしてな
い。
いるときの二つの異なる製造方法について述べる。第2
図(a)〜(d)は第1の方法を説明4〜るための主要
な手順を示した王、8図であり、第;つ図(a)〜(e
)は同じく第2の方法の工程図である。はじめに第2図
について述べると、まず所定寸法に切削研磨したダイヤ
モンドチップ5aを用意する〔第2図fa) )。この
ダイヤモンドチップ5aの一表面と側面にスパツタイ・
こより金などのメタラ・イジング層6を形成する〔第2
図(bl)。これを反転してダイヤモンドチップ5aの
裏面と測面に同様に金のメタライジングR46を形成す
る。したがって側面ではメタライジング層6が重複する
。すなわち、ダイヤモンドチップ5aのすべての表面が
金のメタライジングW46で積われるようIこなる〔第
2図(C)〕。最後に上下両面に錫などのはんだ層7を
スパッタ形成してサブマウントを得る〔第2図(d)〕
。次に第3図では、まずダイヤモンド基板5bを用意す
る〔第3図(al)。このダイヤモンド基板5bの上下
両面に金などのメタライジング層6を設ける〔第3図(
bl〕。さらにこの両面のメタライジング層6の上に錫
などのはんだ1鋳7を形成する〔第3図(C)〕。その
後全体を所定の寸法に切断してサブマウントとするが、
これは第3図(e)から明らかであるから図示はしてな
い。
所でダイヤモンドは絶縁体であるから、第1の方法で得
られた第2図(d)のように%全周面がメタライジング
N6で囲まれたサブマウント(Jl、そのVまレーザ1
子とヒートシンクの間にはさみ、はんだl#j 7を(
6融凝固するだけで電気的な接付が得られるが、第2の
方法により得られるザブマウントは、第3図(e)から
れかるように1.切断後も倶1面のダイヤモンド基板5
bの部分は露出した′f、!であるから、レーザ素子と
ヒートシンクの間にはさんだだけでは電気的な接続を得
ることはできない。
られた第2図(d)のように%全周面がメタライジング
N6で囲まれたサブマウント(Jl、そのVまレーザ1
子とヒートシンクの間にはさみ、はんだl#j 7を(
6融凝固するだけで電気的な接付が得られるが、第2の
方法により得られるザブマウントは、第3図(e)から
れかるように1.切断後も倶1面のダイヤモンド基板5
bの部分は露出した′f、!であるから、レーザ素子と
ヒートシンクの間にはさんだだけでは電気的な接続を得
ることはできない。
第4図はその接続状態を示した模式断面図である。
第4図はヒートシンク8と半導体レーザ索子9との間に
1m2の方法により得られたサブマウント素材き、ヒー
トシンク8とサブマウントをワイヤ10を用いてワイヤ
ボンデングを行なうことによりヒートシンク8と半導体
レーザ素子9の電気的接続を行なうことを示している。
1m2の方法により得られたサブマウント素材き、ヒー
トシンク8とサブマウントをワイヤ10を用いてワイヤ
ボンデングを行なうことによりヒートシンク8と半導体
レーザ素子9の電気的接続を行なうことを示している。
なお11は索子am。
12はリードワイヤである。
以上のようにダイヤモンドや窒化ボロンをサブマウント
素材として用いるときは、二つの異なる製造方法があり
、第1の方法のようにナツプ全体に4電性を持たセるか
%第2の方法のように得られるすブマウント(こワイヤ
ボンディングを行なうか、これらのいずれかを選択しな
けれはfjらないのである。
素材として用いるときは、二つの異なる製造方法があり
、第1の方法のようにナツプ全体に4電性を持たセるか
%第2の方法のように得られるすブマウント(こワイヤ
ボンディングを行なうか、これらのいずれかを選択しな
けれはfjらないのである。
しかしながら、以上の二つの方法1こはいずれも次のよ
うな問題がある。すなわち、第1の方法では1雪廖角と
いう小さなチップに、メタライジング層形成のためのス
パッタ作業を必要とするので、このような小さなテップ
を多数並べるのと%表面と表面lこついて行なわなけれ
ばならないことから量産性が低くなり、−1第2の方法
Iこよれば、ワイヤボンデングという工程が一つ増える
という点で生産性の低下を招くことである。
うな問題がある。すなわち、第1の方法では1雪廖角と
いう小さなチップに、メタライジング層形成のためのス
パッタ作業を必要とするので、このような小さなテップ
を多数並べるのと%表面と表面lこついて行なわなけれ
ばならないことから量産性が低くなり、−1第2の方法
Iこよれば、ワイヤボンデングという工程が一つ増える
という点で生産性の低下を招くことである。
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は高出力半導体レーザ素子の放熱効果を高め、効率の
よい製造が可能な放熱体のサブマウントの製造方法を提
供することにある。
的は高出力半導体レーザ素子の放熱効果を高め、効率の
よい製造が可能な放熱体のサブマウントの製造方法を提
供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の放熱体サブマウン
トの製造方法は次のごとく行なうものである。
トの製造方法は次のごとく行なうものである。
1)シリコン基板の鏡面新暦した一表面1こ、このシリ
コン基板より高い熱伝導率を有する薄膜を形成する。
コン基板より高い熱伝導率を有する薄膜を形成する。
1))表面から所定の大きさのチップに切断する格子状
の溝を切って%溝部にシリコン面を露出させる。
の溝を切って%溝部にシリコン面を露出させる。
111)この状態で表裏両面に、チタン、白金、金の順
に積層した電極を形成する。
に積層した電極を形成する。
IV)この表裏画電極面上に、低融点はんだ層を形成す
る。
る。
■)全体を所定の大きさのチップに切断する。
本発明の方法により得られたサブマウントは。
シリコンとダイヤモンドなどの高熱伝導率をもつ薄膜と
の二層からなる部分が存在するために放熱効果を高め、
またシリコンとオーム接触をなす電極も存在しているの
で、電気的な良導体となり、レーザ素子との接合におい
てこれら両者を満足するようiこ作用する。
の二層からなる部分が存在するために放熱効果を高め、
またシリコンとオーム接触をなす電極も存在しているの
で、電気的な良導体となり、レーザ素子との接合におい
てこれら両者を満足するようiこ作用する。
以下本発明の方法を実施例に基づき説明する。
第1図(at〜(f)は本発明の詳細な説明するために
、サブマウントの主な製造工程を模式断面図で表わした
ものである。まず比抵抗0.005Ω国の片面を鏡面研
磨したシリコン基板lを用慧する〔第1図(a)〕。こ
の鏡面研磨面にシリコンより熱伝導率の高い材料1例え
ば元に述べたダイヤモンドや窒化ボロンでもよいが、こ
こではアモルファスカーボンを用い、ECR−CVDに
よりアモルファスカーボンW2を10pfnの厚さに形
成したchi図(b)〕。
、サブマウントの主な製造工程を模式断面図で表わした
ものである。まず比抵抗0.005Ω国の片面を鏡面研
磨したシリコン基板lを用慧する〔第1図(a)〕。こ
の鏡面研磨面にシリコンより熱伝導率の高い材料1例え
ば元に述べたダイヤモンドや窒化ボロンでもよいが、こ
こではアモルファスカーボンを用い、ECR−CVDに
よりアモルファスカーボンW2を10pfnの厚さに形
成したchi図(b)〕。
次に歯厚200μmのグイサーを用いて1周期1111
゜切削深さ30ptnまで、アモルファスカーボン膜2
の表面からみて格子状の郷を形成し、溝部のシリコン基
板1を露出させる〔第1図(C)〕。
゜切削深さ30ptnまで、アモルファスカーボン膜2
の表面からみて格子状の郷を形成し、溝部のシリコン基
板1を露出させる〔第1図(C)〕。
この溝部は、後にここから切断して所定の大きさのテッ
プとして採取するために必要であるから、それを堪案し
て溝寸法の設足を行なう。ここではl II角のチップ
とするように定めた。次いでこの状態で600℃に加熱
しながら、上下両表面にチタンを0.05 pm *
白金をQ、5ptn、金を0.2ptnの厚さにこの順
にスパッタ形成して1X極3を形成する〔第1図(d)
〕。
プとして採取するために必要であるから、それを堪案し
て溝寸法の設足を行なう。ここではl II角のチップ
とするように定めた。次いでこの状態で600℃に加熱
しながら、上下両表面にチタンを0.05 pm *
白金をQ、5ptn、金を0.2ptnの厚さにこの順
にスパッタ形成して1X極3を形成する〔第1図(d)
〕。
このとき、電極3のチタンがアモルファスカーボン膜2
に対して強固な密着力をもち、シリコン基板1に対して
はオーム接触となるので、十分に低い接触抵抗を得るこ
とができる。次にはんだ層4として、ざらに上下両表面
に例えば錫を3 pmの厚さにスパッタ形成する〔第1
図(e)〕。最後に1n角のチップとして採取できるよ
うに先をこ形成した格子状溝を利用してそれぞれのサブ
マウントに切断する〔l@1図(f)〕。
に対して強固な密着力をもち、シリコン基板1に対して
はオーム接触となるので、十分に低い接触抵抗を得るこ
とができる。次にはんだ層4として、ざらに上下両表面
に例えば錫を3 pmの厚さにスパッタ形成する〔第1
図(e)〕。最後に1n角のチップとして採取できるよ
うに先をこ形成した格子状溝を利用してそれぞれのサブ
マウントに切断する〔l@1図(f)〕。
以上のようにして得られるサブマウントは第1図(fl
かられかるように、シリコンを基板としてこれより高熱
伝導率を有する膜との二層構造の部分と、シリコンと電
気的にオーミックコンタクトをなす電極部分をもち合わ
せているために、半導体レーザ素子を接合したときに、
良好な放熱と電気的な接続が実現され、しかも第1図(
al〜(f)における工程のように効率よく製造するこ
とが可能となる。
かられかるように、シリコンを基板としてこれより高熱
伝導率を有する膜との二層構造の部分と、シリコンと電
気的にオーミックコンタクトをなす電極部分をもち合わ
せているために、半導体レーザ素子を接合したときに、
良好な放熱と電気的な接続が実現され、しかも第1図(
al〜(f)における工程のように効率よく製造するこ
とが可能となる。
このサブマウントをヒートシンクと半導体レーザ素子の
間にはさんで加熱し、はんだを浴かしてこれらを接合し
たものについて、素子の熱抵抗を測定した結果、従来の
シリコンのみをサブマウントとする場合の熱抵抗が60
’C/Wであったのに対し。
間にはさんで加熱し、はんだを浴かしてこれらを接合し
たものについて、素子の熱抵抗を測定した結果、従来の
シリコンのみをサブマウントとする場合の熱抵抗が60
’C/Wであったのに対し。
本発明により得られるサブマウントの場合は、熱抵抗が
ほぼ加℃席と平均負でほぼ%に低下することがわかった
。またこのサブマウントの電気抵抗も0.1Ω以下であ
り、従来と同程度の水準を維持している。
ほぼ加℃席と平均負でほぼ%に低下することがわかった
。またこのサブマウントの電気抵抗も0.1Ω以下であ
り、従来と同程度の水準を維持している。
高出力半導体レーf素子をヒートシンクに接続するのに
用いるサブマウントの素材は、従来のS/リコンなどに
比べて、熱伝導率の良好な例えばダイヤモンドなどを用
いると、製造工数や半導体レーザ素子とヒートシンク間
の電気的接続などの点で満足できる製造方法が得られな
かったが、不発明では実施例で述べたように、シリコン
やこれより高い熱伝導率を有する材料を、それぞれ単独
にサブマウント素材として用いるのではなく、これらの
積層部分を形成して、十分に熱放散を可能とする一万、
シリコンとのオーミックコンタクトをなすta部分では
電気的良導体となるこれら二つの部分を、一つのサブマ
ウントに共存させるように、−枚の基板から所定サイズ
の多数のチップ状サブマウントに分割す゛ることが可能
な製造方法をとっているために、製造効率が高く、得ら
れたサブマウントをヒートシンクと半導体レーザ素子の
間に接続したとき、接触抵抗も低く、高出力半導体レー
ザ素子1こ対して著しい放熱効果が見られる。
用いるサブマウントの素材は、従来のS/リコンなどに
比べて、熱伝導率の良好な例えばダイヤモンドなどを用
いると、製造工数や半導体レーザ素子とヒートシンク間
の電気的接続などの点で満足できる製造方法が得られな
かったが、不発明では実施例で述べたように、シリコン
やこれより高い熱伝導率を有する材料を、それぞれ単独
にサブマウント素材として用いるのではなく、これらの
積層部分を形成して、十分に熱放散を可能とする一万、
シリコンとのオーミックコンタクトをなすta部分では
電気的良導体となるこれら二つの部分を、一つのサブマ
ウントに共存させるように、−枚の基板から所定サイズ
の多数のチップ状サブマウントに分割す゛ることが可能
な製造方法をとっているために、製造効率が高く、得ら
れたサブマウントをヒートシンクと半導体レーザ素子の
間に接続したとき、接触抵抗も低く、高出力半導体レー
ザ素子1こ対して著しい放熱効果が見られる。
第1図(a)〜げ)は本発明の方法を示すサブマウント
の主な製造工程図、第2図(a)〜(a) l:Jダイ
ヤモンドチップを用いた従来のサブマウントの王な製造
工・程図、累3図(a) −(clはダイヤモンド基板
を用いた従来のサブマウントの宇な製造工程図、第4図
は第3図に示す方法により得られたサブマウントの接続
状態を示す模式断面図である。 1・・・シリコン基板、2・・・アモルファスカーボン
膜、3・・・電極、4.7・・・はんだ1jd15a・
・・ダイヤモンドチップ% 5b・・・ダイヤモンド基
板、6・・・メタライシングツ@18・・・ヒートシン
ク(放熱体)、4111図 IN4図
の主な製造工程図、第2図(a)〜(a) l:Jダイ
ヤモンドチップを用いた従来のサブマウントの王な製造
工・程図、累3図(a) −(clはダイヤモンド基板
を用いた従来のサブマウントの宇な製造工程図、第4図
は第3図に示す方法により得られたサブマウントの接続
状態を示す模式断面図である。 1・・・シリコン基板、2・・・アモルファスカーボン
膜、3・・・電極、4.7・・・はんだ1jd15a・
・・ダイヤモンドチップ% 5b・・・ダイヤモンド基
板、6・・・メタライシングツ@18・・・ヒートシン
ク(放熱体)、4111図 IN4図
Claims (1)
- 1)半導体レーザ素子を接合する放熱体のサブマウント
を製造する方法であって、シリコン基板の鏡面研磨した
一表面に、このシリコン基板より高い熱伝導率を有する
材料の薄膜を形成し、表面からこの基板を所定の大きさ
のチップに切断する格子状の溝を切つてこの溝部にシリ
コン面を露出させ、次にこの露出したシリコン面と高熱
伝導率材の薄膜表面およびシリコン基板の裏面にいずれ
もチタン、白金、金の順に積層した電極を形成し、次い
でこの表裏両電極面上に低融点はんだ層を形成した後、
全体を格子状溝部で、所定の大きさのチップとして切断
することを特徴とする半導体レーザ素子放熱体のサブマ
ウントの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6410589A JPH02244689A (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | 半導体レーザ素子放熱体のサブマウントの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6410589A JPH02244689A (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | 半導体レーザ素子放熱体のサブマウントの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02244689A true JPH02244689A (ja) | 1990-09-28 |
Family
ID=13248465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6410589A Pending JPH02244689A (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | 半導体レーザ素子放熱体のサブマウントの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02244689A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0738208A (ja) * | 1993-07-22 | 1995-02-07 | Nec Corp | 半導体レーザ装置 |
| EP0949727A3 (en) * | 1998-04-08 | 2002-09-25 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Heat sink and method of manufacturing heat sink |
| JP2010046700A (ja) * | 2008-08-22 | 2010-03-04 | Toyota Central R&D Labs Inc | 接合体およびその製造方法 |
| WO2012152307A1 (de) * | 2011-05-06 | 2012-11-15 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Bauelementträgerverbund mit einer bauelementträgerbereiche abtrennenden grabenstruktur und verfahren zur herstellung einer mehrzahl von bauelementträgerbereichen |
-
1989
- 1989-03-16 JP JP6410589A patent/JPH02244689A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0738208A (ja) * | 1993-07-22 | 1995-02-07 | Nec Corp | 半導体レーザ装置 |
| EP0949727A3 (en) * | 1998-04-08 | 2002-09-25 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Heat sink and method of manufacturing heat sink |
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| WO2012152307A1 (de) * | 2011-05-06 | 2012-11-15 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Bauelementträgerverbund mit einer bauelementträgerbereiche abtrennenden grabenstruktur und verfahren zur herstellung einer mehrzahl von bauelementträgerbereichen |
| CN103503175A (zh) * | 2011-05-06 | 2014-01-08 | 欧司朗光电半导体有限公司 | 具有分隔器件载体区域的沟槽结构的器件载体复合结构与用于制造多个器件载体区域的方法 |
| JP2014519699A (ja) * | 2011-05-06 | 2014-08-14 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 複数の構成素子支持領域を分離する溝構造を備えている構成素子支持体結合体及び複数の構成素子支持体領域の製造方法 |
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| DE112011105215B4 (de) * | 2011-05-06 | 2024-09-26 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Bauelementträgerverbund und Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Bauelementträgerbereichen |
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